Sortierverfahren gewinnen auch im Bereich der mineralischen Baustoffindustrie zunehmend an Bedeutung, um der Forderung zur Umsetzung geschlossener Stoffkreisläufe entsprechend dem Kreislaufwirtschaftsgesetz nachzukommen. Dieses Forschungsvorhaben konzentriert sich auf die sensorgestützte Sortierung von Bau- und Abbruchabfällen.
Mit Praxispartnern entwickelte sensorgestützte Einzelkornsortiermaschine
Sensorgestützte Sortierung von Bau- und Abbruchabfällen
Die geschlossene Kreislaufführung und Rückführung sekundärer Rohstoffe in die erneute Produktion ist eine der großen Herausforderungen im 21. Jahrhundert. Insbesondere der Bauindustrie kommt hierbei als einer der größten Abfallproduzenten in Deutschland eine Schlüsselrolle zu. Bauschutt, oftmals ein Gemisch verschiedener mineralischer Komponenten, fällt mit einer Masse von über 50 Mio. t pro Jahr an. Der Anspruch besteht darin, diesen einer entsprechenden höherwertigen Verwertung zuzuführen. Problematisch gestaltet sich die zunehmende Materialvielfalt im Bausektor, die mittel- und langfristig zu einer höheren Heterogenität mineralischer Bau- und Abbruchabfälle führen wird.
Es stellt sich die Frage, wie herkömmliche Abbruchmaßnahmen mit neuartigen Aufbereitungstechnologien verknüpft und konventionelle Aufbereitungsprozesse erweitert oder ersetzt werden können, um die Produktion sortenreiner Materialfraktionen zu ermöglichen.
Innovative Sortierverfahren als Schlüsselkomponente
Sortierverfahren stellen derzeit die Schlüsselkomponente für eine verbesserte Rückgewinnung von Wertstoffen dar. Insbesondere die händisch schwer sortierbaren Fraktionsbestandteile unterhalb einer Korngröße von 45 mm müssen einer entsprechenden Aufbereitung unterzogen werden.
Eine Möglichkeit zur Sortierung gröberer Gesteinskörnungen ist die Nutzung sensorgestützter Sortierverfahren, die bereits in der Papier-, Glas-, und Kunststoffindustrie Verwendung finden. Hier kann auf eine Vielzahl verfügbarer Technologien zurückgegriffen werden, die entsprechend ihrer Funktionsweise und Konfiguration zu unterschiedlichen Sortierergebnissen führen. Beispiele hierfür sind die Farberkennung durch Farbzeilenkameras, Röntgensortierung, Nahinfrarot-Spektroskopie (NIR), laserinduzierte Plasmaspektroskopie (LIBS) usw., die berührungslos und zerstörungsfrei arbeiten. Welche Verfahren für die Sortierung mineralischer Bau- und Abbruchabfälle geeignet sind, ist bislang unbekannt.
NIR-gestützte Sortiermaschinen werden bereits jetzt erfolgreich zur Sortierung von Baustellenabfällen genutzt, um Ersatzbrennstoffe herzustellen. Eine Abtrennung organischer Bestandteile durch Nahinfrarot-Erkennung ist ohne Weiteres möglich.
Untersuchungen zur Sortierung mineralischer Bau- und Abbruchabfälle im Nahinfrarot-Bereich
Stoffe adsorbieren und reflektieren Wellen im elektromagnetischen Spektralbereich, der in eine Vielzahl weiterer Frequenzbereiche unterteilt werden kann. Beispiele hierfür sind Mikrowellen-, Röntgen- oder Infrarot-Strahlungen, aber auch das für das menschliche Auge sichtbare Licht. Reflektierte Strahlungen im Nahinfrarot-Bereich liefern, im Gegensatz zu dem für den Menschen sichtbaren Farbbereich, Informationen über die chemisch-mineralogischen Zusammensetzungen und können so zu einer eindeutigen Identifizierung der einzelnen mineralischen Bestandteile beitragen. Moderne hyperspektrale Nahinfrarot-Kameras sind in der Lage, Spektren schnell und mit einer hohen Auflösung zu messen. Die gewonnenen Daten können chemometrisch ausgewertet werden, damit selbst geringste Unterschiede in den Einzelspektren wahrgenommen werden können. Hierdurch lässt sich die Sortierqualität steigern. (Bild 2)
Funktionsweise einer sensorgestützten Sortieranlage mit Linescan-Konfiguration zur Reflexionsmessung im Nahinfrarot-Bereich
Mittels einer hyperspektralen Nahinfrarot-Kamera der Fa. LLA Instruments GmbH wurden verschiedene Hauptbaustoffe untersucht. Parallel hierzu wurde mit den Partnern Bauhaus-Universität Weimar, LLA Instruments GmbH, T. B. R. GmbH und Sesotec GmbH im Rahmen eines AiF-Vorhabens (KF3033025, ZIM) eine Sortiermaschine im Labormaßstab entwickelt, die es nun ermöglicht, auch den Austrag unerwünschter Fremd- und Störstoffe unter realen Bedingungen zu erproben (Bild 1).
Im Rahmen eines AiF-Vorhabens 18101 BG (IGF) mit dem Partner Institut für Ziegelforschung Essen e. V. (IZF) werden weitere grundlegende Untersuchungen zur Sortierung von Ziegeln durchgeführt.
Erkenntnisse der Nahinfrarot-Erkennung
Prinzipiell sind alle gebundenen mineralischen Bau- und Abbruchabfälle im Nahinfrarot-Wellenlängenbereich zwischen 1255 nm und 2175 nm sichtbar. Ziegel liefern im Gegensatz zu anderen Baustoffgruppen Spektren mit geringer Intensität, wodurch für deren Erkennung eine besondere Konfiguration genutzt werden muss. Stark sulfathaltige Baustoffe lassen sich sehr gut erkennen, wodurch deren Austrag als gesichert gilt. Die Einflüsse unter realen Bedingungen, bspw. Feuchte oder Staubanhaftungen, sind Gegenstand aktueller Untersuchungen. Eine Abtrennung organischer Bestandteile durch Nahinfrarot-Erkennung ist ohne Weiteres möglich. Derzeit lässt sich lediglich eine Sortierung von Korngrößen oberhalb von 10 mm wirtschaftlich und unter akzeptablen Durchsätzen realisieren.
Zukünftige Integration sensorgestützter Sortierverfahren
Zielstellung ist die erfolgreiche Integration sensorgestützter Sortierverfahren in der Aufbereitung mineralischer Bau- und Abbruchabfälle, um die Qualität von RC-Produkten zu erhöhen. Eigene Untersuchungen zeigen, dass die energieintensivere, aber zugleich lohnkostenextensivere, sensorgestützte Sortierung gegenüber der händischen Sortierung durchaus mit betriebswirtschaftlichen Vorteilen verbunden sein kann. Auch die Gewinnung von Ersatzbrennstoffen durch die Abtrennung hochkalorischer Bestandteile aus Bauschutt und Baustellenabfällen ist möglich.
Durch eine bessere Produktqualität von RC-Baustoffen sind neue Anwendungsfelder denkbar und nachhaltige Produktionsweisen im Bausektor möglich.
Weitere Informationen zur sensorgestützten Sortierung erhalten Sie bei unseren Projektpartnern der LLA Instruments GmbH und Sesotec GmbH.
Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Mirko Landmann
+49 (0) 3643 8684-140
+49 (0) 3643 8684-113
m.landmann∂iab-weimar.de
Projektpartner
► Bauhaus-Universität Weimar
► LLA Instruments GmbH
► T.B.R. Teltower Baustoffrecycling GmbH
► Sesotec GmbH
